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無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土蛋形消化池施工論文
摘要：杭州市四堡污水處理廠擴(kuò)建工程有3座10926平米無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土蛋形消化池，本文介紹其非預(yù)應(yīng)力鋼筋、模板體系、混凝土和預(yù)應(yīng)力工程等結(jié)構(gòu)施工成套技術(shù)。
關(guān)鍵詞：無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力 蛋形消化池 異形模板 變角張拉
杭州市四堡污水處理廠擴(kuò)建工程由國家計(jì)委立項(xiàng)，是浙江省及杭州市的重點(diǎn)工程項(xiàng)目。該工程中3座無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土蛋形消化池是目前國內(nèi)同類工程中規(guī)模最大、結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、技術(shù)含量最高、施工難度最大的單位工程。其單池容積為l 0926m3，池體最大內(nèi)徑24m，工程規(guī)模與我國首次在濟(jì)南建造的有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土蛋形消化池相當(dāng)，目前與其并列屬世界第二位、亞洲第一位。該工程由中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)，中國建筑八局浙江分公司施工。
1、工程概況
消化池池體高32m，埋深13.6m，內(nèi)空高41.7m，池壁厚由700mm漸變至400mm，外形呈三維曲面體（見圖1）。池體內(nèi)壁采用無毒環(huán)氧防腐涂料防腐，外壁采用聚氨酯發(fā)泡保溫、鋼龍骨彩鋼板飾面。基礎(chǔ)為樁承臺，50根？1000mm鉆孔灌注樁，長45m，鋼筋混凝土承臺厚度最小為1600mm.池體為雙向無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，環(huán)向共設(shè)置122圈（由呈半圓形的2束筋組成）預(yù)應(yīng)力筋，且為分段均布預(yù)應(yīng)力筋。混凝土等級地下無須應(yīng)力部分為C30、S8，其余為C40、S8，均摻4％TJ外加劑。
2、工程施工特點(diǎn)
2.1 非預(yù)應(yīng)力鋼筋安裝尺寸、位置要求準(zhǔn)確 地下承臺部分鋼筋由多層環(huán)向、豎向和徑向鋼筋形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，地上殼體部分鋼筋為2層由環(huán)向和豎向鋼筋組成的網(wǎng)片。環(huán)向鋼筋在現(xiàn)場放大樣用彎曲機(jī)彎曲成型，采用電弧焊將其焊成封閉式的圓環(huán)。環(huán)向筋和豎向筋形成殼體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，安裝成型后難以校正，所以對鋼筋尺寸、位置要求準(zhǔn)確，否則模板無法就位。
2.2 模板及支撐體系復(fù)雜 消化池池壁呈三維曲面體，其截面尺-寸隨標(biāo)高變化而變化，模板及支撐體系加工、安裝、校正難度大。
2.3 混凝土質(zhì)量要求高 混凝土工程質(zhì)量要經(jīng)受滿水閉氣試驗(yàn)的考驗(yàn)，混凝土的密實(shí)度及施工縫處理要求很高；池壁為曲面，預(yù)應(yīng)力張拉孔加固筋多，混凝土振搗困難；混凝土養(yǎng)護(hù)難度大。
2.4 無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力施工難度大 預(yù)應(yīng)力張拉孔的尺寸受結(jié)構(gòu)限制，預(yù)應(yīng)力筋張拉只能采用變角張拉。預(yù)應(yīng)力筋分布廣，張拉過程中千斤頂就位和移位都十分困難。
3、非預(yù)應(yīng)力鋼筋安裝
3.1 鋼筋支架鋼筋支架安裝前，先計(jì)算出支架尺寸（包括半徑等）與標(biāo)高的關(guān)系，在安裝過程中，通過池體中心線量出相應(yīng)標(biāo)高的支架半徑以確定支架位置。本工程結(jié)合現(xiàn)場的實(shí)際情況，在施工過程中基礎(chǔ)底板部分鋼筋采用L50mm×5mm支架；承臺部分利用本身的結(jié)構(gòu)鋼筋作為支架，即將豎向筋、環(huán)向筋和徑向筋點(diǎn)焊成整體，形成立體骨架體系；地上殼體部分采用φ25鋼筋制成的平面衍架。
3.2 鋼筋的制作與安裝鋼筋是在現(xiàn)場大樣的基礎(chǔ)上進(jìn)行下料和彎曲制作，其誤差控制在5mm范圍內(nèi)。
鋼筋安裝的順序是先安裝結(jié)構(gòu)鋼筋網(wǎng)片，然后為開洞及安裝洞口加固筋。安裝前計(jì)算出豎向筋每隔500mm高度或徑向筋不同半徑（間隔500mm）的間距，并標(biāo)注在鋼筋支架上。安裝時(shí)，先每隔500mm固定豎向筋或徑向筋位置，然后再安裝水平筋或環(huán)向筋。為增強(qiáng)結(jié)構(gòu)鋼筋的整體性，可適當(dāng)將結(jié)構(gòu)筋與支架點(diǎn)焊連接。鋼筋安裝比模板工程要提前一個(gè)施工段。鋼筋接頭采用搭接和綁條焊（d≥22mm）。
4、模板及支撐體系設(shè)計(jì)與施工
4.1 模板體系設(shè)計(jì)制作經(jīng)有關(guān)各方多次討論研究，模板體系采用組合鋼模長900、1200、1500mm三種規(guī)格和特制的異形鋼模拼裝而成。異形模板和組合模板之間通過U形卡連接成整體。
模板拼裝規(guī)則為在同一標(biāo)高內(nèi)，異形模板的塊數(shù)由模板上、下端聽處位置的圓周長差值及異形模板尺寸決定。由于每一道模板上下端圓周長差值一定，故異形模板上、下端寬度差值越小，則異形模板的數(shù)量就越多，從而每組定型模板的寬度B就小，每組組合鋼模兩端所形成軌跡與設(shè)計(jì)圓環(huán)軌跡之間高差就越小，模板拼裝后上下兩端就越平整，拼縫就越小，拼裝效果更好。
根據(jù)以上拼裝規(guī)則，結(jié)合現(xiàn)場大樣，展開圖中宜取Δh≤10mm.異形模板需有8種不同規(guī)格。組合鋼模和異形鋼模均在工廠加工制作成型后運(yùn)至工地；對拉螺栓在現(xiàn)場加工制作。
4.2 支撐體系池體內(nèi)的滿堂腳手架既是模板施工的支撐體系，也是測量定位放線的支架，采用？48mm×3.5mm腳手鋼管搭設(shè)。由于受到池體形狀限制，內(nèi)腳手架搭設(shè)圍繞消化池中軸線徑向展開，其外形呈卵形，步距為1.8m，立桿間距不大于1.5m。內(nèi)腳手架搭設(shè)的關(guān)鍵在于穩(wěn)定性，為此立桿要垂直、間距一致、形狀規(guī)整、立桿底要有可靠的支點(diǎn)。因立桿底部是支承在呈曲面的池壁表面上，可利用對拉桿和預(yù)埋件，以保證立桿不滑移。內(nèi)腳手架搭設(shè)要比結(jié)構(gòu)施工段高出10m左右，以便于鋼筋工程施工及臨時(shí)支承鋼筋。池體外的腳手架主要是作為操作架，沿池壁外側(cè)搭設(shè)成圓環(huán)狀，步距為1.8m，立桿間距為1.5m.
4.3 模板安裝加固及校正模板安裝在鋼筋（包括預(yù)應(yīng)力筋）綁扎及錨墊板安裝驗(yàn)收合格后進(jìn)行。在模板加固成型前，模板位置控制非常困難，為加快安裝速度，在與模板上端相對應(yīng)的成型鋼筋骨架上用φ14鋼筋沿環(huán)向焊成模板臨時(shí)限位，即鋼筋外側(cè)面恰好為模板面位置，焊限位時(shí)通過池體中心線用鋼尺量出限位筋標(biāo)高位置的半徑。限位筋焊好后要經(jīng)復(fù)核驗(yàn)收合格后才可支模。模板安裝時(shí)要根據(jù)模板翻樣確定的相應(yīng)標(biāo)高段所應(yīng)采用的異形模板和組合鋼模規(guī)格、數(shù)量來確定異形鋼模的間距，然后按照此間距對稱地進(jìn)行模板拼裝。否則要進(jìn)行校正。校正結(jié)束后，使用鋼管將內(nèi)模板外楞與滿堂腳手架連成整體，并將模板臨時(shí)限位拆除。
4.4 細(xì)部處理模板拼裝時(shí)，接縫要嚴(yán)密，模板間縫隙大于2mm時(shí)，應(yīng)采用海綿條嵌填。隨池體結(jié)構(gòu)不斷上升，因池壁內(nèi)外模上升速率不同，導(dǎo)致內(nèi)外模上口不平，不但影響施工縫的處理，還影響對拉螺桿孔的對應(yīng)。為此特定制一批100mm×300mm的組合鋼模，在內(nèi)外模高差大于80mm時(shí)用其進(jìn)行調(diào)整。
5、混凝土施工
5.1 混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)本工程所有混凝土均采用商品混凝土，并用混凝土輸送泵進(jìn)行澆筑。根據(jù)池壁為平面圓形的特點(diǎn)，混凝土澆筑時(shí)要避免模板朝一個(gè)方向傾斜的現(xiàn)象，采取分層、對稱澆筑，即標(biāo)高9.2m以下各段混凝土分層澆筑，標(biāo)高9.2m以上各段混凝土對稱一次性澆筑到頂。澆筑混凝土?xí)r為避免產(chǎn)生冷縫，在先澆筑混凝土還未初凝時(shí)后續(xù)混凝土必須立即跟上。
在池壁模板拆除后及時(shí)用UEF混凝土養(yǎng)護(hù)劑涂刷混凝土表面，使混凝土內(nèi)水分不蒸發(fā)散失，以達(dá)到混凝土自養(yǎng)護(hù)的目的。UEF混凝土養(yǎng)護(hù)劑屬水溶性材料，涂刷后有效期為15d，并隨下雨溶解面消失，對混凝土表面粉刷無影響。
5.2施工縫處理消化池池體結(jié)構(gòu)施工共劃分為26個(gè)施工段，需留設(shè)25條施工縫，采用鋼板止水帶進(jìn)行止水。
6、無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力施工
6.1 預(yù)應(yīng)力筋的制作與安裝無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)場后，要按規(guī)范規(guī)定進(jìn)行強(qiáng)度、松弛率、油脂含量等項(xiàng)目的復(fù)試。復(fù)試合格后，在現(xiàn)場按計(jì)算的每束筋長度（包括兩端張拉預(yù)留長度）進(jìn)行下料，采用砂輪切割機(jī)切斷，并將預(yù)應(yīng)力筋編成束，每隔lm用18號鉛絲綁扎，在端部做好編號。
環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋最長43.3m，豎向筋最長33.5m.在非預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)筋綁扎成型和預(yù)應(yīng)力筋支架焊接固定檢查合格后，預(yù)應(yīng)力筋整束由人工穿入池壁鋼筋骨架內(nèi)，將其理順，確定位置，隨后用鉛絲固定在支架筋上，避免產(chǎn)生整體扭絞現(xiàn)象。預(yù)應(yīng)力筋就位后，在預(yù)應(yīng)力筋兩端裝錨墊板和張拉盒。錨墊板可以事先與張拉盒焊在一起，安裝就位時(shí)，將張拉盒與周圍非預(yù)應(yīng)力筋焊接牢固且位置準(zhǔn)確。
每束環(huán)向預(yù)應(yīng)力筋均一次性安裝就位，而每束豎向筋則要分成若干次，隨池體結(jié)構(gòu)施工，逐段就位固定。
6.2 預(yù)應(yīng)力筋張拉本工程預(yù)應(yīng)力筋除標(biāo)高33.45m處的豎向筋張拉端外均需采用變角張拉，根據(jù)不同部位所采用的變角角度分為25°、30°、33°三種。工作錨采用OVMl5-5、4、3型錨具。
正式張拉之前，通過試張拉，了解到變角墊塊摩阻損失較小（變角角度為25.時(shí)，摩阻損失僅為2.34％）；孔道摩阻損失比規(guī)范規(guī)定的小1倍左右；實(shí)際伸長值均超過理論值的110％（為理論值的115％左右）；單根張拉建立的有效預(yù)應(yīng)力可滿足設(shè)計(jì)要求。
張拉順序?yàn)椋涵h(huán)向筋從下往上隔圈（即J1、J3、J5、…J121）張拉→豎向筋隔圈（即JV2、JV4、JV6、…JV64）對稱大循環(huán)張拉→環(huán)向筋從上往下隔圈（即J122、J120、…J112）張拉→豎向筋隔圈（即JVl、JV3、…JV63）對稱大循環(huán)張拉→環(huán)向筋從上往下隔圈（即J110、J108、…J2）張拉。
每根筋均采用一端先張拉，另一端補(bǔ)足的方法進(jìn)行張拉。具體是在每束筋的兩端均裝上錨具和夾片，然后在一端裝上變角墊塊，用手提式千斤頂（YCN-23型）逐根進(jìn)行張拉，同時(shí)在另一端派專人查看每根筋?yuàn)A片的跟進(jìn)順序，并用色筆在池壁上做好記號，最后在另一端裝上變角勢塊，用千斤頂逐根進(jìn)行補(bǔ)足張拉。張拉加載分級為0.2σcon→0.5σcon→0.7σcon→1.0σcon →1.03σcon.在張拉過程中，測讀0.2σcon一1.0σcon之間的伸長值，并按正比例關(guān)系推算出實(shí)際伸長值（0一1.0σcon之間的值）。
整個(gè)工程預(yù)應(yīng)力張拉實(shí)際伸長值為理論伸長值的96％一109％，均在允許范圍內(nèi)，未發(fā)生斷絲等異�，F(xiàn)象。在張拉過程中，浙江大學(xué)土木系結(jié)構(gòu)研究所進(jìn)行了張拉力抽樣檢測、有效預(yù)應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力損失測定、混凝土應(yīng)力應(yīng)變測定等3項(xiàng)測試，測試結(jié)果表明，張拉力控制準(zhǔn)確，建立的有效預(yù)應(yīng)力乃至建立在消化池池體混凝土上的預(yù)壓應(yīng)力滿足設(shè)計(jì)要求。
預(yù)應(yīng)力筋張拉后，在距錨具300mm處將外露預(yù)應(yīng)力筋切除，清理錨具及外露預(yù)應(yīng)力筋上的油漆和張拉孔雜物，然后在張拉孔口焊2ф12短鋼筋、支模，最后用C45微膨脹混凝土填實(shí)。
7、結(jié)束語
本工程主體結(jié)構(gòu)及其滿水閉氣試驗(yàn)的順利完成，標(biāo)志著3座容積均為10926m3的蛋形消化池巴圓滿建成。它的成功建造將為我國今后建造1萬m3以上蛋形消化池積累寶貴的施工經(jīng)驗(yàn)。
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